1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　室內(nèi)溫度檢測與調(diào)控系統(tǒng)的基本功能要求是：能夠?qū)崟r(shí)檢測并顯示室內(nèi)的環(huán)境溫度，并可根據(jù)用戶要求設(shè)定溫度閾值,，當(dāng)室內(nèi)溫度在所要求的正常范圍內(nèi)時(shí),，系統(tǒng)將采集到的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，在監(jiān)測到的環(huán)境溫度超過閾值時(shí),，系統(tǒng)發(fā)出告警提示并開啟溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)開關(guān),，控制溫度調(diào)節(jié)設(shè)備實(shí)施環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)以上要求,，構(gòu)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示,。

　　在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，溫度傳感器選擇DALLAS公司生產(chǎn)的智能數(shù)字溫度傳感器DS18B20,。該傳感器因具有的功能集成化,、輸出信號(hào)數(shù)字化，控制簡單化等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,。在0～100℃時(shí),，DS18B20最大線形偏差小于1℃：有效的測溫范圍為-55～+125 ℃；編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式,，測溫分辨率為0．062 5℃,；被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。

　　DS18B20將地址線,、數(shù)據(jù)線,、控制線合為1根雙向串行數(shù)據(jù)的信號(hào)線，并允許在這根信號(hào)線上接多個(gè)DS18B20,；可由單片機(jī)處理及控制,，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或兩根線上，處理器只需1根端口線就能與諸多DS18B20通信,，占用微處理器的端口較少,，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路，所設(shè)計(jì)電路簡潔,，抗干擾性能強(qiáng),；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也而采用寄生電源方式產(chǎn)生,。

　　系統(tǒng)控制器采用AT89C52 8位單片機(jī)，該單片機(jī)軟件編程的自由度大,，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制,。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單,，安裝方便,，可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對多個(gè)DS18B20控制工作,。

　　1．1 溫度數(shù)據(jù)采集

　　由于室內(nèi)環(huán)境溫度受光照、儲(chǔ)物密度,、人流量等因素的影響較大,，為了保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和調(diào)節(jié)控制功能執(zhí)行的有效性，在實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集時(shí)采用多點(diǎn)檢測方式,，即通過在室內(nèi)布設(shè)多個(gè)溫度檢測點(diǎn),，由各檢測點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)送往系統(tǒng)控制器分析比較，當(dāng)5個(gè)檢測點(diǎn)中有3個(gè)以上的檢測結(jié)果超過閾值后,，認(rèn)定當(dāng)前環(huán)境溫度超限,，實(shí)施告警和調(diào)節(jié)控制功能。根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)的溫度采集模塊結(jié)構(gòu)如下圖2所示,。

　　溫度數(shù)據(jù)采集模塊中DS18B20采用外部供電方式,，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個(gè)DS18B20，但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)．如果掛接25個(gè)以上的DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問題,。另外單線長度也不宜超過80 m,，否則也會(huì)影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下,，可以采用分組的方式,，用單片機(jī)的多個(gè)I／O來驅(qū)動(dòng)多路DS18B20。在實(shí)際應(yīng)用中還可以使用一個(gè)MOSFET將I／O口線直接和電源相連,，起到上拉的作用,。

　　1．2 鍵盤控制模塊

　　由于在本系統(tǒng)中允許用戶按照實(shí)際要求設(shè)定溫度閾值，用戶可根據(jù)對室內(nèi)環(huán)境溫度要求,，設(shè)定所允許的最高或最低溫度參數(shù),，當(dāng)環(huán)境溫度超此限度后，實(shí)施告警及自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)功能,。本系統(tǒng)中設(shè)置4個(gè)按鈕開關(guān),，分別與單片機(jī)P1．0、P1．1,、P1．2,、P1．3口相連，分別實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位,，閾值設(shè)定選擇,、數(shù)值加、數(shù)值減等功能,。

　　1．3 系統(tǒng)顯示模塊

　　通過該模塊實(shí)現(xiàn)采集溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示功能,，給用戶提供直觀的溫度測量數(shù)據(jù)。該模塊設(shè)計(jì)采用LCD1602來實(shí)現(xiàn),，LCD1602與單片機(jī)連接電路如下圖3所示,。

　　1．4 報(bào)警及溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)電路

　　該模塊的基本功能是在室內(nèi)實(shí)際的測量溫度達(dá)到用戶設(shè)定閾值的時(shí)候?qū)嵤﹫?bào)警及溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能,。報(bào)警功能采用的是最簡單的蜂鳴器，報(bào)警持續(xù)時(shí)間可設(shè)定為30 s(主程序流程圖中在報(bào)警控制之后加報(bào)警時(shí)間判定),。溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能通過在單片機(jī)P1．7口接繼電器J1,，繼電器J1作為溫度調(diào)節(jié)設(shè)備(如空調(diào))的電源通斷開關(guān)。當(dāng)檢測到的溫度數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)時(shí),，三極管VQ2處于截止?fàn)顟B(tài),，J1斷開；當(dāng)超過閾值時(shí)P1．7變?yōu)楦唠娖剑?font class="f14">三極管由截止變?yōu)轱柡?，J1觸點(diǎn)閉合,，則溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的電源開關(guān)接通，實(shí)施溫度調(diào)節(jié),，直至溫度達(dá)到設(shè)定要求,，P1．7變?yōu)榈碗娖剑琂1斷開,，完成溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)過程,。該部分電路如下圖4所示。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　DS18B20的信號(hào)線與單片機(jī)AT89C52的P3．0口相連,，通過系統(tǒng)軟件控制,，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出或者讀取。其中對溫度數(shù)據(jù)的讀取包括DS18B20序列號(hào)搜索,、溫度轉(zhuǎn)換,、溫度數(shù)據(jù)讀取3個(gè)基本過程。系統(tǒng)工作時(shí),，首先通過初始化操作,，使總線上的所連接DS18B20均被復(fù)位，接著發(fā)送ROM搜索指令,，使序列號(hào)編碼匹配的DS18B20被激活,，準(zhǔn)備接受RAM訪問指令。RAM訪問指令控制處于激活狀態(tài)的DS18B20工作狀態(tài),，完成溫度轉(zhuǎn)換及讀取等工作,。在ROM命令發(fā)送之前，RAM命令不起作用,。

　　本系統(tǒng)中設(shè)定5個(gè)溫度檢測點(diǎn),，通過在總線上掛接5個(gè)DS18B20實(shí)現(xiàn)，當(dāng)其中的某一個(gè)DS18B20被激活時(shí),，將所采集到的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)P3．0送往主控機(jī)轉(zhuǎn)換分析,，在主控器上實(shí)時(shí)顯示，并由主控器對所采集到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值比較,，每檢測到一次溫度數(shù)據(jù)超過閾值,，超限檢測點(diǎn)數(shù)I自加1，直到I的數(shù)值大于等于3時(shí),，單片機(jī)P3．6口輸出控制信號(hào),，使蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)P1．7口送出控制電平,，使繼電器J1吸合,，溫度調(diào)節(jié)開關(guān)接通，實(shí)施溫度調(diào)節(jié)功能,。

　　系統(tǒng)控制軟件執(zhí)行流程如圖5所示,。

　　DS18B20初始化程序如下所示：　　

　　程序中設(shè)參數(shù)I是因室內(nèi)環(huán)境受各種因素影響分布不均勻，在實(shí)施溫度超限判定時(shí)不能以某個(gè)檢測點(diǎn)的數(shù)值作為判定依據(jù),，需要綜合多個(gè)采集點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù),。本系統(tǒng)設(shè)定I大于等于3，即當(dāng)5個(gè)檢測點(diǎn)中有任意3個(gè)以上檢測的溫度超過閾值時(shí),，就認(rèn)定當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境溫度超過設(shè)定要求,，啟動(dòng)報(bào)警及溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)I數(shù)值清零,。

　　3 實(shí)驗(yàn)測試

　　在實(shí)驗(yàn)室中完成了系統(tǒng)功能測試,，在面積約70 m2的實(shí)驗(yàn)室中設(shè)置了5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，5個(gè)檢測點(diǎn)到主控機(jī)的距離分布在4～12 m之間,，系統(tǒng)測試時(shí)正值夏季中午,，設(shè)定閾值為30℃，即當(dāng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度高于30℃實(shí)施告警和溫度調(diào)節(jié)控制?，F(xiàn)場測試時(shí),，該系統(tǒng)能夠有效地讀取并顯示各檢測點(diǎn)溫度，溫度數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定準(zhǔn)確,，并能夠在3個(gè)以上檢測點(diǎn)出現(xiàn)超閾值溫度的時(shí)實(shí)施蜂鳴器報(bào)警并能驅(qū)動(dòng)繼電器J1吸合,，接通降溫電源開關(guān)實(shí)施降溫處理。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的完成室內(nèi)的多點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)檢測,、顯示,、超限報(bào)警及自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

　　4 結(jié)論

　　該系統(tǒng)方案改進(jìn)了傳統(tǒng)的溫度檢測系統(tǒng)單點(diǎn)測試及只測溫而不能調(diào)節(jié)溫度的缺陷,，通過多點(diǎn)溫度檢測提高了測試環(huán)境溫度的準(zhǔn)確性,，并有效地將溫度檢測與溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制功能結(jié)合，具有閾值設(shè)定功能,，可使用戶根據(jù)需要設(shè)定告警閾值,，實(shí)現(xiàn)了對特定區(qū)域的多點(diǎn)溫度檢測報(bào)警及溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制等功能,，可應(yīng)用于對環(huán)境溫度要求嚴(yán)格的病房,、居室,、辦公室、小型倉庫等場所,。同時(shí)該系統(tǒng)所提供的實(shí)時(shí)室內(nèi)環(huán)境溫度,，也可作為用戶判定冬季室內(nèi)采暖否達(dá)標(biāo)的依據(jù),，成為消費(fèi)者維護(hù)自身權(quán)益的有力工具,。